Vědci využívají 200 milionů let staré genomy k šlechtění plodin odolných vůči klimatu

Vědci rekonstruovali ancestrální genomy rostlin staré více než 200 milionů let a využili je k identifikaci přibližně 100 genových variant, které pomohly pšenici a ječmeni přizpůsobit se měnícímu se klimatu během 10 000 let lidského zemědělství. Tyto varianty by podle nich mohly urychlit šlechtění plodin schopných odolat teplejším a sušším podmínkám.

Paleogenomika se setkává s moderním šlechtěním

Studie, vedená týmy z INRAE, Clermontské auvergneské univerzity a francouzského CNRS, byla publikována ve dvou článcích v časopisech Molecular Plant a Nature Plants. Výpočetním porovnáním genomů 84 moderních kvetoucích rostlin vědci rekonstruovali deset „zakladatelských“ paleogenomů představujících společné předky dnešních druhů plodin. Poté prozkoumali 1 420 moderních odrůd pšenice a ječmene spolu s prastarými zbytky pšenice starými 5 000 let, aby identifikovali genové varianty, které obě obilniny nezávisle na sobě zachovaly pod podobným environmentálním tlakem.bioengineer+3

Logika je přímočará: pšenice a ječmen byly domestikovány ve stejné oblasti – v Úrodném půlměsíci – zhruba ve stejném časovém rámci a za stejných klimatických omezení. Když dva nezávisle šlechtěné druhy konvergují ke stejným genetickým variantám, jsou tyto varianty silnými kandidáty pro řízení skutečné adaptace na sucho, horko a nepravidelné srážky.phys

Validované cíle a otevřené nástroje

U pšenice tým validoval tři geny dříve charakterizované u jiných druhů. Dva ovlivňují výnos a dobu květu, což jsou vlastnosti, se kterými šlechtitelé již pracují, zatímco třetí hraje roli v epigenetické regulaci – tedy v tom, jak jsou geny zapínány nebo vypínány. Potvrzení, že tyto geny fungují napříč druhovými hranicemi, je klíčem k příslibu studie: místo studia každé plodiny izolovaně mohou šlechtitelé použít katalog konzervovaných genů jako translační most.newsminimalist+1

Aby byly tyto výsledky široce dostupné, vědci vydali dva nástroje s otevřeným přístupem. AGR (Ancestral Genome Reconstruction) umožňuje uživatelům rekonstruovat vyhynulé paleogenomy z porovnání moderních genomů, zatímco OrthoViewer poskytuje databázi konzervovaných genů napříč všemi 84 studovanými druhy a integruje 1 142 genů s dokumentovanými agronomickými funkcemi.phys+1

Od obilovin k širší sadě nástrojů

Metoda se neomezuje pouze na pšenici a ječmen. Protože paleogenomy pokrývají desítky botanických čeledí, lze pracovní postup rozšířit i na další základní plodiny. Týmy jej již aplikují na rýži, kukuřici a čirok.phys+1

„Pochopení toho, jak se genové varianty vyvíjely v průběhu domestikace a selekce rostlinných a živočišných druhů zemědělského významu, nám umožňuje identifikovat ty, které byly vybrány napříč druhy v prostředích se stejnými klimatickými omezeními,“ uvedl Jérôme Salse, ředitel výzkumu v INRAE. Tyto varianty jsou podle něj „zajímavé pro výběr genotypů přizpůsobených současným výzvám klimatických změn a agroekologické transformace.“phys